China Kembangkan Baterai Lithium Bertenaga yang Tahan di Suhu Ekstrem

Peneliti China mengembangkan baterai lithium-metal primer berenergi tinggi yang menawarkan kombinasi menarik antara kapasitas energi besar, kemampuan mengalirkan daya dengan cepat, serta ketahanan terhadap suhu ekstrem. Teknologi ini dikembangkan untuk menjawab kebutuhan perangkat yang tidak hanya membutuhkan energi besar, tetapi juga harus mampu bekerja dalam kondisi lingkungan yang sulit.

Baterai tersebut dikembangkan oleh tim peneliti yang dipimpin Chen Zhongwei dari Dalian Institute of Chemical Physics, bagian dari Chinese Academy of Sciences. Dalam pengembangannya, tim tersebut menggunakan desain baterai berbentuk pouch atau kantong dengan kapasitas 25 ampere-hour (Ah).

Teknologi ini menarik perhatian karena baterai lithium-metal tersebut tidak hanya mengutamakan kapasitas penyimpanan energi. Dalam pengujian laboratorium, baterai juga menunjukkan kemampuan menghasilkan daya tinggi dalam waktu singkat dan tetap bekerja pada suhu yang sangat rendah.

Menurut laporan Science and Technology Daily, hasil pengujian di laboratorium keselamatan China Electronics Standardization Institute menunjukkan bahwa baterai tersebut mampu mencapai kepadatan energi lebih dari 750 Wh/kg pada tingkat pengosongan rendah.

Angka tersebut menunjukkan besarnya energi yang dapat disimpan dibandingkan dengan bobot baterai. Semakin tinggi kepadatan energi, semakin besar energi yang bisa dibawa oleh perangkat dengan bobot baterai yang sama.

Namun, kemampuan baterai ini bukan hanya soal angka kepadatan energi. Ada sejumlah karakteristik lain yang membuatnya menarik untuk kebutuhan perangkat khusus.

1. Menggunakan teknologi lithium-metal primer

Baterai yang dikembangkan peneliti China ini merupakan baterai lithium-metal primer. Istilah “primer” berarti baterai pada dasarnya dirancang untuk digunakan sebagai sumber energi sekali pakai, berbeda dengan baterai sekunder seperti lithium-ion pada smartphone yang dapat diisi ulang berkali-kali.

Karakteristik tersebut membuat baterai primer memiliki tujuan penggunaan yang berbeda. Fokusnya bukan semata-mata menyediakan baterai yang bisa dicas setiap hari, melainkan menyediakan sumber energi dengan kepadatan energi tinggi dan kemampuan penyimpanan yang baik untuk perangkat tertentu.

Desain berbentuk pouch juga membuat baterai relatif fleksibel dari sisi bentuk dan pengemasan. Teknologi seperti ini dapat dikembangkan untuk berbagai perangkat yang membutuhkan sumber energi dengan bobot rendah tetapi kapasitas besar.

Kapasitas baterai yang dikembangkan mencapai 25 Ah. Namun, angka kapasitas tersebut sebaiknya tidak disamakan dengan kapasitas baterai smartphone yang biasanya dinyatakan dalam mAh. Ah merupakan satuan kapasitas listrik, sedangkan kemampuan keseluruhan baterai juga dipengaruhi oleh tegangan kerjanya.

Karena itu, untuk membandingkan baterai secara lebih adil, peneliti menggunakan parameter seperti Wh/kg atau watt-hour per kilogram.

2. Kepadatan energi lebih dari 750 Wh/kg

Salah satu angka paling menarik dari penelitian ini adalah kepadatan energi yang mencapai lebih dari 750 Wh/kg pada tingkat pengosongan rendah.

Sebagai gambaran sederhana, angka tersebut menunjukkan bahwa setiap kilogram massa baterai secara teoritis dapat menyimpan energi dalam jumlah sangat besar. Ini menjadi penting untuk perangkat yang sensitif terhadap bobot.

Drone, robot, perangkat militer, sensor jarak jauh, hingga berbagai perangkat eksplorasi merupakan contoh teknologi yang dapat memperoleh manfaat dari baterai dengan kepadatan energi tinggi.

Dalam perangkat bergerak, bobot baterai memiliki pengaruh besar terhadap efisiensi. Baterai yang lebih ringan dengan jumlah energi yang sama dapat membantu perangkat membawa beban tambahan atau beroperasi lebih lama.

Meski demikian, angka kepadatan energi tidak boleh langsung diterjemahkan sebagai daya tahan penggunaan sehari-hari. Kondisi pengujian, tingkat pengosongan, suhu, desain perangkat, dan kebutuhan daya semuanya dapat memengaruhi performa sebenarnya.

Dengan kata lain, angka 750 Wh/kg merupakan hasil pengujian pada kondisi tertentu, bukan jaminan bahwa setiap perangkat yang menggunakan teknologi ini otomatis bisa beroperasi 750 kali lebih lama.

3. Bisa mengeluarkan daya hingga 10C

Selain menyimpan energi dalam jumlah besar, baterai ini juga dirancang untuk mengalirkan energi dengan cepat.

Peneliti menyebut tingkat pengosongan baterai dapat ditingkatkan hingga 100 kali lipat, dengan kemampuan menghasilkan arus tinggi sampai 10C dalam waktu singkat.

Lantas, apa sebenarnya arti angka “C”?

Secara sederhana, C merupakan ukuran seberapa cepat sebuah baterai dapat mengeluarkan energi berdasarkan kapasitas nominalnya.

Misalnya, baterai berkapasitas 1 Ah yang digunakan pada tingkat 1C secara teori mampu mengalirkan arus sekitar 1 ampere selama satu jam. Jika tingkat pengosongan ditingkatkan menjadi 2C, arusnya menjadi sekitar 2 ampere dan secara teori energi dapat dikeluarkan dalam waktu sekitar 30 menit.

Sementara pada 10C, baterai dapat mengalirkan arus sekitar 10 kali kapasitas nominalnya dalam kondisi yang sesuai.

Penting untuk dipahami bahwa 10C bukan berarti kapasitas energi baterai menjadi 10 kali lebih besar. Angka tersebut menunjukkan kemampuan baterai mengeluarkan energi dengan jauh lebih cepat.

Karakteristik seperti ini sangat berguna ketika sebuah perangkat membutuhkan lonjakan daya secara tiba-tiba. Drone yang melakukan akselerasi, robot yang melakukan manuver cepat, atau perangkat tertentu yang membutuhkan tenaga besar dalam waktu singkat merupakan contoh penggunaan yang potensial.

4. Kepadatan daya mencapai 4.487 W/kg

Selain kepadatan energi, tim peneliti juga mengukur kepadatan daya spesifik baterai.

Pada suhu ruangan, baterai tersebut disebut mampu mencapai kepadatan daya spesifik hingga 4.487 watt/kg. Angka ini menggambarkan kemampuan baterai menghasilkan daya dibandingkan dengan bobotnya.

Perbedaan antara kepadatan energi dan kepadatan daya cukup penting.

Kepadatan energi lebih berkaitan dengan berapa banyak energi yang dapat disimpan, sedangkan kepadatan daya menunjukkan seberapa cepat energi tersebut dapat diberikan kepada perangkat.

Sebuah baterai bisa saja memiliki energi besar tetapi tidak mampu mengeluarkannya dengan cepat. Sebaliknya, baterai dengan kemampuan daya tinggi dapat memberikan energi secara cepat ketika dibutuhkan.

Teknologi yang dikembangkan China ini berusaha menggabungkan kedua karakteristik tersebut. Hasilnya adalah baterai yang tidak hanya memiliki kapasitas energi tinggi, tetapi juga mampu memberikan daya besar dalam kondisi tertentu.

Baterai tersebut juga disebut mampu mempertahankan tingkat pengosongan 4C secara berkelanjutan pada suhu ruangan.

5. Tetap bekerja pada suhu -40 derajat Celsius

Keunggulan lain yang membuat baterai ini menarik adalah kemampuannya beroperasi pada suhu ekstrem.

Suhu rendah merupakan salah satu tantangan besar bagi teknologi baterai. Ketika temperatur turun drastis, reaksi elektrokimia di dalam baterai dapat melambat. Akibatnya, kemampuan baterai mengalirkan energi maupun mempertahankan performa dapat ikut menurun.

Namun, dalam pengujian yang dilakukan, baterai lithium-metal ini masih mampu mempertahankan kepadatan energi sebesar 447 Wh/kg pada suhu -40 derajat Celsius dengan tingkat pengosongan 1C.

Kemampuan tersebut membuka peluang penggunaan baterai untuk perangkat yang beroperasi di lingkungan bersuhu sangat rendah.

Misalnya, teknologi seperti ini berpotensi digunakan pada drone yang beroperasi di wilayah dingin, perangkat pemantauan lingkungan, robot eksplorasi, hingga peralatan yang ditempatkan di daerah dengan kondisi cuaca ekstrem.

Tentu saja, masih diperlukan pengujian lebih lanjut sebelum teknologi tersebut dapat diterapkan secara luas dalam berbagai produk komersial.

6. Self-discharge kurang dari 1 persen per tahun

Baterai ini juga memiliki tingkat self-discharge tahunan kurang dari 1 persen.

Self-discharge merupakan kondisi ketika baterai kehilangan sebagian energi yang tersimpan meskipun tidak sedang digunakan. Semua baterai pada dasarnya mengalami fenomena tersebut dalam tingkat tertentu.

Semakin rendah tingkat self-discharge, semakin lama baterai dapat mempertahankan energi ketika disimpan.

Dalam kasus baterai yang dikembangkan tim Chen Zhongwei, tingkat kehilangan energi tahunan yang diklaim kurang dari 1 persen menjadi karakteristik yang sangat menarik untuk perangkat yang harus disimpan dalam waktu lama sebelum digunakan.

Contohnya adalah perangkat darurat, sensor jarak jauh, perangkat pemantauan, maupun sistem tertentu yang tidak aktif setiap hari.

Baterai seperti ini tidak harus selalu diisi ulang hanya karena terlalu lama disimpan, sehingga kebutuhan perawatan dapat dikurangi.

Bukan berarti langsung menggantikan baterai smartphone

Meski spesifikasinya menarik, teknologi ini belum berarti akan segera menggantikan baterai lithium-ion atau lithium-polymer yang digunakan pada smartphone, laptop, dan kendaraan listrik.

Ada alasan penting di balik hal tersebut.

Baterai lithium-metal yang disebut dalam penelitian ini merupakan baterai primer, sehingga karakteristiknya berbeda dengan baterai isi ulang yang digunakan pada sebagian besar perangkat elektronik konsumen.

Smartphone membutuhkan baterai yang dapat diisi ulang ratusan hingga ribuan kali selama masa penggunaannya. Karena itu, kemampuan siklus pengisian menjadi salah satu faktor yang sangat penting.

Selain itu, sebuah teknologi baterai harus melewati berbagai tahap sebelum masuk ke produk konsumen. Peneliti perlu menguji keamanan, kestabilan, biaya produksi, kemampuan manufaktur dalam skala besar, serta konsistensi performa.

Jadi, pencapaian laboratorium ini lebih tepat dipandang sebagai perkembangan teknologi baterai untuk aplikasi khusus daripada sebagai pertanda baterai smartphone akan segera berubah.

Potensial untuk drone dan robot

Jika melihat karakteristiknya, perangkat seperti drone dan robot menjadi salah satu kandidat yang berpotensi mendapatkan manfaat dari teknologi ini.

Drone membutuhkan baterai ringan dengan kepadatan energi tinggi agar dapat terbang lebih lama. Di sisi lain, drone juga membutuhkan lonjakan daya ketika melakukan akselerasi atau manuver.

Kombinasi kepadatan energi tinggi dan kemampuan pengosongan hingga 10C dapat menjadi keuntungan dalam situasi tersebut.

Robot juga menghadapi tantangan serupa. Robot bergerak membutuhkan energi untuk menjalankan motor, sensor, sistem komputasi, dan berbagai perangkat lainnya. Ketika robot harus bergerak cepat, kebutuhan daya dapat meningkat secara signifikan.

Kemampuan baterai menghasilkan daya tinggi dalam waktu singkat dapat membantu memenuhi kebutuhan tersebut.

Lingkungan ekstrem juga menjadi alasan teknologi ini menarik. Perangkat eksplorasi yang bekerja di daerah bersuhu sangat rendah tidak bisa mengandalkan baterai yang mudah kehilangan performa ketika temperatur turun.

Masih perlu pengembangan sebelum digunakan secara luas

Terlepas dari berbagai hasil positif tersebut, penelitian baterai tidak berhenti pada kepadatan energi dan daya.

Baterai harus memenuhi standar keselamatan yang ketat. Stabilitas material, risiko kerusakan, perubahan performa akibat penggunaan berulang, hingga kemampuan produksi massal perlu diperhatikan.

Faktor biaya juga tidak kalah penting. Teknologi baterai yang sangat bagus di laboratorium belum tentu ekonomis ketika diproduksi jutaan unit.

Karena itu, keberhasilan penelitian ini merupakan langkah penting, tetapi belum cukup untuk menyimpulkan bahwa baterai tersebut akan segera hadir di smartphone atau kendaraan listrik.

Jika pengembangan lebih lanjut berhasil mengatasi berbagai tantangan tersebut, teknologi lithium-metal dengan kepadatan energi tinggi dan ketahanan terhadap suhu ekstrem dapat menjadi salah satu alternatif menarik untuk perangkat khusus.

Pada akhirnya, daya tarik terbesar baterai buatan tim peneliti China ini terletak pada kombinasi beberapa kemampuan sekaligus. Baterai tersebut diklaim mampu menyimpan energi lebih dari 750 Wh/kg pada kondisi pengujian tertentu, menghasilkan daya hingga 4.487 W/kg pada suhu ruangan, mendukung pengosongan hingga 10C dalam waktu singkat, serta tetap memiliki performa pada suhu -40 derajat Celsius.

Dengan karakteristik tersebut, baterai ini menunjukkan bahwa inovasi baterai masa depan tidak hanya soal membuat kapasitas semakin besar. Tantangannya juga mencakup bagaimana baterai dapat menjadi lebih ringan, mampu mengeluarkan daya lebih cepat, tidak mudah kehilangan energi ketika disimpan, dan tetap bekerja ketika digunakan di lingkungan ekstrem.

Jika teknologi ini nantinya berhasil melewati tahap pengembangan dan produksi massal, perangkat seperti drone, robot, sensor jarak jauh, serta berbagai sistem yang bekerja di kondisi ekstrem berpotensi menjadi pengguna awalnya.